淺析劈裂灌漿施工技術在水庫壩體加固中的應用

　　摘要:某工程水庫由于建設多年，維護保養不利，水庫壩體存在軟弱夾層及裂縫和深層隱蔽裂縫、塌坑等有進一步擴大的趨勢，因此工程采用劈裂灌漿技術，解決了水庫壩體局部不穩定的問題。文章介紹灌漿施工技術在水庫壩體施工過程遇到的一些問題和解決措施。
　　關鍵詞:劈裂灌漿施工 水庫加固 變形觀察
　　中圖分類號:TU7 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2011)03(a)-0106-01
　　1 工程概況
　　某水庫建成于1988年，土壩壩高32.5m，壩長284m，集水面積42km2，庫容1023萬m3，灌溉農田1847hm2，并作為城市流沙的供水水源，并兼有發電效益。隨后，按照千年一遇的標準完善配套設施、加固大壩并完成加高土壩4m，使庫容增至1564萬m3，效益更加顯著。
　　然而，由于水庫所處的峽谷山區，是省內四大暴雨區之一，洪患無常，水庫未能發揮更大的攔蓄洪水作用。于是，在1994年水庫上游庫尾建成１座總庫容1843萬m3的調節水庫，集水面積30.7hm2，大大減輕下庫的防洪壓力。該庫土壩最大壩高57m，成為區域水庫壩高之首，壩長376m。這座水庫的主要功能是蓄洪治澇，錯開下游水庫洪峰發電，尾水歸入下庫，使水資源得到充分綜合開發利用，補充了城市供水水源。
　　上庫大壩建成后，出現嚴重的滲漏和管涌病害，使上、下兩庫安全同時受到威脅。為了確保安全，一方面限制上庫蓄水量，一方面采取勘察和物理勘探的手段查明隱患，并對大壩進行3次充填灌漿除險加固處理。但未能解除大壩存在的隱患，險情依然存在。對這樣一座帶病運轉、未能發揮最大蓄水功能的水庫，經水行政主管部門專家組鑒定，列入重點除險加固的病險工程基建項目。
　　2 工程施工
　　該水庫壩體劈裂灌漿加固工程自2001年4月15日開工至2001年9月25日完成主體工程施工，共完成軸線長280m，4個分部，8個單元，42孔，鉆孔1287.7m，灌漿1287.7m，灌土1124.6m3，每延長一米平均灌土0.92m3。
　　布孔：沿壩軸線上游0.3m單排布孔，孔徑6m。
　　鉆孔：采用新型地質鉆機鉆孔，孔徑90mm，采取上部干鉆，下部加少量泥漿護壁回轉鉆進。
　　下注漿管：驗孔合格后，下內徑38mm注漿管，距孔底1m～3m，中部繞海帶，其上細土封孔。
　　造漿設備：采用WJG80-1攪灌機，該機具有高速攪漿、自動篩漿、自動拌漿、防沉淀儲漿及壓力灌漿的特點，可進行全機自動連續性攪灌作業。
　　灌漿：灌漿泵采用38mm無縫鋼管送漿，通過注漿管灌漿。
　　泥漿密度：每次灌漿稀漿開始，灌3min～5min后，濃度逐步加大，正常灌漿一般保持在1.5～1.6g/cm³范圍內。
　　孔口壓力：由孔口壓力表顯示，灌漿時專人監視，壓力過高時給于調節，正常灌漿控制在0.15MPa～0.25MPa，個別情況，允許壓力不超過0.4MPa。少灌多復，單孔灌漿次數5～9次，前3次灌土量占總數的52.5%，前5次灌土量占總灌土量85.6%。
　　劈裂灌漿要求“內劈外不劈”，采取壩頂面晚劈、少劈，處理后縫寬未超過10mm。充分發揮泥漿的內劈作用。
　　3 壩體細節施工情況
　　壩頂劈裂縫：大壩劈裂灌漿，壩頂出現劈裂縫是施工過程中的一個正?，F象，規范要求控制在30mm以內。劈裂縫的出現說明壩體內部已實現劈裂，并發展到壩頂，從直觀上反映了壩體內形成的漿脈是豎直和連續的。該壩在灌漿期有8個孔出現劈裂縫，分布在0+098～0+200之間，多發生在灌漿的第4～6次。縫寬1mm～8mm，縫長58.7m，9條縱縫有6條發生在鉆孔軸線下游側0.8m左右，壩軸線下游0.5m左右。
　　壩坡面漏漿：灌漿時壩坡面出現漏漿，也是劈裂灌漿的常見現象，說明壩體內隱患、透水通道、水平縫隙、洞穴等被壓力漿液穿透，流出壩坡外，隱患被泥漿充填密實。該壩壩坡漏漿，迎水坡出現2次，分別在壩頂下6m，有4次在壩頂下8m，1次在壩頂下1m，發生漏漿的灌漿孔主要在岸壩坡段的鉆孔范圍內，并且多數孔在灌第4次時出現，說明壩體下部已飽滿，壓力漿液已作用到壩體上部。所有漏漿部位均已務實，在下次灌漿時未發生漏漿。
　　帳幕孔串漿：全壩段壩基帳幕灌漿，已在3個月前結束，其套管和護壁仍在壩體內，護壁管較短不到1m，兩管間存有間隙。由于劈裂孔和帳幕孔相距很近，當劈裂灌漿時偶有泥漿從帳幕灌漿兩管空隙中冒出。同時會出現劈裂灌漿相鄰孔的串漿現象，說明兩孔在孔低已劈裂串通，帳幕已形成。
　　孔內冒漿：孔口冒漿常發生在灌漿初期，影響整個灌漿的正常進行。本次灌漿在灌第5～6次時，有數孔發生孔口冒漿，這主要是前次灌漿結束，提拔注漿管后，孔口重新封堵不嚴所致，經過再次封堵未發生孔口冒漿現象。
　　4 壩體的施工變形監測
　　觀測網的建立。系用四縱十橫的觀測網對壩體的水平和垂直位移進行觀測。
　　觀測方法。水平位移觀測采用視準線法，位移向下游設為“+”，向上游設為“—”，垂直位移采用高程法。下降為“+”，上升為“-”。
　　觀測樁。觀測樁為新埋的木樁，直徑12cm，長80cm，共布6排，壩頂3排，上游壩肩2排，下游壩肩1排，下游壩坡3排，壩頂下5m處2排，壩頂下10m處1排，每排設10樁，樁距20m。
　　觀測結果。工程觀測從2001年4月17號開始，灌漿期間平均每7d觀測一次，歷時153d。在整個壩體灌漿施工期間，壩體穩定，變形正常。以起始觀測到第5次和第10次相隔一個月，觀測值略有變化。壩頂3排，垂直位移呈緩慢沉陷趨勢，水平位移則始終無變化。壩肩3排在第5次觀測時，垂直位移有點沉陷，水平位移在外張，在后面的觀測時，又出現壩體回彈壓縮現象，其沉陷和外張均比前幾次的觀測有變化，坡肩的垂直位移由沉陷轉向上升，說明停灌后互壓作用發揮，并繼續緩慢的使壩體更加密實。
　　5 施工質量控制于檢查
　　5.1 土工試驗
　　試驗所取土樣送樣測定，主要對土樣的物理性質和滲透性進行試驗。試驗結果：土樣的密度在2.71～2.74g/cm³之間，一半以上為2.72g/cm³；土性的塑性含水量分別在26.5%～32.5%和17.6%～21.3%，塑性指數在9.0～13.5之間，土樣干密度在1.61～1.73g/cm³漿脈平均干密度1.68g/cm³，壓密實土平均干密度1.65g/cm³。灌漿前現場測試不同深度的土樣，其干密度分別為1.55g/cm³和1.42g/cm³。
　　水平滲透系數是了解壩體質量的基本依據之一，是反映壩體抗滲性能的重要指標。測試結果顯示，壩體水平滲透系數在8.92×10-6～2.78×10-7之間，漿脈水平滲透系數在5.13×10-6～2.78×10-7之間，壓實土水平滲透系數在8.92×10-6～9.45×10-7之間。從測試可以看出即便是最大值也是滿足壩體防滲入技術要求的。
　　6 結語
　　水庫加固施工中，通過壓力泥漿在鉆孔內使壩體沿鉆孔軸線劈裂，并逐步發展到頂部，泥漿在劈裂縫中形成漿體帳幕，通過漿壩互壓，使漿體帳幕兩側壩體都得到壓實，壩內縫縫隙軟弱夾層被充填密實，提高了水庫土壩整體質量。水庫經過加固處理后，現水庫正處于在高水位運行，從水庫加固灌漿前后來看，灌漿前壩體存在的塌坑和滲流，塌坑消失，并且流量也小于灌漿前。通過對水庫壩體的加固施工后，消除了壩體內隱患，提高了抗滲能力和穩定性，并取得了良好的防滲處理效果。